NO20111602A1 - Konisk hoyttaler - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse gjelder en høyttaler som har et akustisk utstrålende diafragma omfattende en hovedsakelig stumpkjegleformet membran. En slik membran blir vanligvis referert til som en "høyttalerkonus".

TEKNISK BAKGRUNN

Den koniske geometrien er naturlig stiv siden aksesymmetriske eksterne krefter som påtrykkes den, manifesterer seg som strekkspenninger i materialet. Dette kan med fordel tillate vellykket bruk av meget tynt materiale i membranen.

I et konkurrerende marked er det et stadig økende behov for å oppnå forbedret ytelse fra koniske høyttalere. Fig. 1(a) viser en skisse av konusen til en konisk høyttaler, og fig. 1(b) viser dens trykkrespons når den blir halsdrevet på konvensjonell måte med en munningsende med en diameter på 93 mm, som stråler inn i et uendelig akustisk område med en romvinkel på 2n. Trykket er plottet 1 46 posisjoner 1 meter fra høyttaleren og ved vinkelmessige inkrementer på 2 grader. Det kan ses fra fig. 1(b) at over omtrent 1,5 kHz blir trykkresponsen uregelmessig og resonanser opptrer når tonen blir drevet ut over stivhetsgrensene og oppviser en ikke-stiv oppførsel. Ikke-stiv oppførsel er uønsket og den resulterer i ikke-uniformitet i både trykk- og retningsresponsen til høyttaleren.

Det har lenge vært kjent at båndbredden av stivheten i en høyttalermem-bran kan utvides ved å drive membranen ved den første vibrasjonsmodus' knutepunkt ("knutepunktdrift"). Knutepunktdrift er beskrevet i JP 57068993 som viser en flat platemembran som drives ved den første vibrasjonsmodus' knutepunkt som for en sirkulær membran er en sirkel omkring membranen. Denne løsning har imidlertid ikke, selv om den lenge har vært kjent, blitt anvendt på en konisk høyttaler. Geometrien til konusen anbringer naturligvis knutepunktet for den første vibrasjonsmodus mot dens munningsende, noe som vil gjøre det nødvendig å bruke en stor svingespole. Bruk av en spole med stor diameter har negativ innvirkning på effektiviteten og øker kostnadene i forbindelse med dens tilhørende magnetsystem- og spoleenhet, noe som i betydelig grad har begrenset praktiseringen av knutepunktdrift. Den alminnelige praksis på området har hittil vært å drive konusene fra halsen.

GB 308318 beskriver en høyttaler med en stumpkjegleformet membran drevet både ved membranhalsen og også ved en konsentrisk adskilt posisjon på utsiden av membranen. Hensikten er å sende høyfrekvente signaler til den indre (hals-) drivanordning og lavfrekvente signaler til den ytre drivanordning som så er plassert ved et knutepunkt for høyfrekvenssignalet. I virkeligheten er det derfor ikke antydet noe om knutepunktdrift ettersom ingen drivanordning er plassert ved et knutepunkt i membranen for det signal som vedkommende drivanordning leverer. Heller ikke blir membranen i virkeligheten drevet ved et knutepunkt for den første vibrasjonsmodus, idet det knutepunkt hvor den blir drevet, er et knutepunkt for en høyere modus som samsvarer med den høyfrekvente drivanordning. Videre er det ikke beskrevet noen forsterkning av membranen, og den ytre drivanordning er derfor adskilt med en betydelig diameter, noe som gir opphav til de problemene som er nevnt ovenfor.

US 5 323 469 beskriver en høyttaler med en konisk membran drevet av en bakover-ragende svingespolekjerne festet på et halsparti av membranen. Ytterligere stabilitet er tilveiebrakt for membranen i form av en annen konus som bak membranen strekker seg radialt utover fra spolekjernen og er festet til membranen ved det første knutepunkt. Det grenseflateområde hvor svingespolekjernen driver membranen, strekker seg derved mellom og innbefatter både halsen og knutepunktet, og membranen er derfor ikke knutepunktdrevet. Den ytterligere stabili-sering øker høyttalerens dybde unødvendig, gir stivhet av liten betydning til membranen bort fra knutepunktet og er ikke tilpasset for å tillate tilpasning av membranens stivhetskarakteristikker.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

I henhold til et første aspekt kan foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en høyttaler som omfatter: en akustisk utstrålende membran som utgjør en del av en bevegelig membranenhet og omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran som har en smal halsende og en bred munningsende, avstivningsformasjoner for å avstive strålingsmembranen og et grenseområde ved hjelp av hvilket membranen er innrettet for å bli drevet, og

en transduser som omfatter en svingespole montert for å drive membranen via dens grenseområde,

idet grenseområdet er plassert ved et knutepunkt for den første vibrasjonsmodus til den bevegelige membranenhet.

Med et passende arrangement av avstivningsformasjoner kan posisjonen av knutepunktet for den første vibrasjonsmodus flyttes opp langs membranen og nærmere mot dens halsende (sammenlignet med en lignende ikke-understøttet/ ikke-forsterket struktur) for derved å gjøre det mulig for membranen å bli knutepunktdrevet ved å benytte en transduser med svingespole med mindre diameter. Membranens halsende kan da være "udrevet" eller fritt-flytende. Halsen eller strupen til membranen er i virkeligheten alltid et antiknutepunkt og kan derfor ikke være en mulig posisjon for knutepunktdrift, som foreskrevet ved hjelp av foreliggende oppfinnelse.

Avstivningsformasjonene gir fortrinnsvis en avstivningseffekt som er til-strekkelig til å dominere membranens vibrasjonsoppførsel. Arrangementet av avstivningsformasjoner kan være utformet slik at knutepunktet for den første vibrasjonsmodus til membranen blir posisjonert ved en forutbestemt posisjon. Ettersom knutepunktposisjonen blir påvirket av slike elementer, innbefatter den bevegelige membranenhet slike elementer som konusen (og avstivningselementer), spolekjernen, spolen og (til en viss grad) elementer slik som omhyllingen og opphengningen som kan ha en liten innvirkning på knutepunktets posisjon.

Den forutbestemte posisjon til knutepunktet for den første modus og dermed grenseflateområdets posisjon, blir fortrinnsvis utformet for å tilveiebringe kompatibilitet med en transduser som har en svingespole med standard diameter. Ved på denne måte å gjøre bruk av standardkomponenter, kan en høyttaler i henhold til foreliggende oppfinnelse fremstilles på en kostnadseffektiv måte.

Membranen omfatter fortrinnsvis tilkoblingsører plassert ved grenseområdet ved hjelp av hvilke membranen blir koblet til transduseren.

Transduseren omfatter fortrinnvis en spolekjerne som svingespolen er montert på, idet spolekjernen er festet til et nevnt tilkoblingsøre for å drive membranen. En alternativ grenseflate kan være en sylinder eller en annen passende form, selv om bruken av ører blir foretrukket ettersom dette gjør det mulig å redusere massen av den bevegelige struktur samtidig med ventilering av luftrommet inne i svingespolen.

Avstivningsformasjonene omfatter fortrinnsvis ribber. I en utførelsesform omfatter de avstivende partier et antall langsgående ribber, idet hver langsgående ribbe løper mellom halsenden og munningsenden av strålingsmembranen, og hver langsgående ribbe er tynnere i dybde mot halsenden og/eller munningsenden. Ved på denne måte å gjøre ribbene tynnere, minskes massen ved ytterpunktene av strålingsmembranen. Avstivningspartiene kan omfatte en omkretsmessig ribbe ved halsenden og/eller ved munningsenden av den utstrålende membran. Om-kretsmessige enderibber bidrar til å hindre klokkemodi.

I foretrukne utførelsesformer utgjør membranen en del av en sammensatt høyttaler og i et arrangement omfatter høyttaleren videre en kuppelformet membran montert ved halsenden av membranen slik at membranen under bruk tjener som bølgeleder for lydutstrålingen fra den kuppelformede membran.

Den bevegelige membranenhet vil typisk også omfatte lufttetninger ved hals- og munningsendene av konusen, spolekjernen og svingespolen. I praksis finner vi at de beste resultater oppnås ved å modellere ikke bare konusen isolert, men også eventuelle lufttetninger på indre og ytre kanter av konusen ettersom disse kan ha en effekt på plasseringen av knutepunktposisjonen. Nær det endelige resultat kan til sist spolekjernen og svingespolen selv også innbefattes i bereg-ningen av knutepunktposisjonen for den første resonansmodus.

I henhold til et annet aspekt kan foreliggende oppfinnelse omfatte en høyttalermembran for akustisk utstråling, som omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran som har en smal halsende og en bred munningsende, avstivningsformasjoner for avstivning av utstrålingsmembranen og et grenseflateområde ved hvilket membranen er innrettet for å bli drevet, idet avstivningsformasjonene er anordnet for å plassere knutepunktet for membranens første vibrasjonsmodus ved en posisjon som hovedsakelig sammenfaller med grenseflateområdet.

Membranen omfatter fortrinnsvis tilkoblingsører ved grenseflateområdet og som membranen kan kobles til en transduser med.

I henhold til et tredje aspekt kan foreliggende oppfinnelse omfatte en fremgangsmåte ved utforming av en akustisk utstrålende høyttalermembran som omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran, ved hjelp av datamaskinmodellering av forskjellige arrangementer av avstivningsformasjoner som påføres membranen for å plassere knutepunktet til en første vibrasjonsmodus for membranen ved en posisjon hovedsakelig sammenfallende med den ønskede posisjon av et grenseflateområde hvor membranen er ment å bli tilkoblet en transduser.

En høyttalermembran utformet i samsvar med dette aspekt ved oppfinnelsen kan fortrinnsvis bli knutepunktdrevet ved å bruke en transduser som har en svingespole med standard eller vanlig diameter.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives som et eksempel med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1(a) viser en skisse av et eksempel på en membran for en høyttaler,

Fig. 1 (b) viser en simulert trykkrespons for den koniske membran vist i

fig. 1(a), ved halsdrift,

Fig. 2 viser et frontriss av en konisk membran i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen,

Fig. 3 viser et riss av den koniske membran i fig. 2, sett bakfra,

Fig. 4 viser en skisse av et snitt langs aksen B-B som er vist i fig. 2,

Fig. 5 viser en forstørret skisse av den detalj som er markert med C i fig. 4, Fig. 6 viser en simulert trykkrespons for den koniske membran som er skissert i figurene 2 til 5, Fig.7 viser en skisse av et snitt gjennom en sammensatt høyttaler som omfatter en membran i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, og Fig. 8 viser en forstørret skisse av den detalj som er markert med B i fig. 8.

DETALJERT BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMENE

En konisk membran 10 i samsvar med en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er vist i figurene 2-5.

Det vises spesielt til fig. 3, hvor membranen 10 omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran 12 som har sin smale halsende betegnet 14, dens brede munningsende betegnet 16 og dens sentrale, langsgående akse/omdrei-ningsakse som strekker seg i en retning perpendikulært på aksene som er merket X og Y. Membranen 10 omfatter videre et antall ribber 20 plassert på den bakre overflate av membranen 12, og som strekker seg i lengderetningen langs hele dens lengde fra halsenden 14 til munningsenden 16. Siden imaginære forlengelser av de langsgående ribber 20 konvergerer ved et enkelt punkt på den sentrale, langsgående akse, kan ribbene 20 sies å være radiale. Membranen 10 omfatter videre en omkretsmessig ribbe 25 lokalisert ved munningsenden 16 av membranen 12. Funksjonen til ribbene 20, 25 er å forbedre stivheten til membranen 10, dvs. å øke dens motstand mot bøyning. Membranen 10 omfatter videre et antall ører 30 plassert mellom hvert nabopar av ribber 20, hvor ørene 30 er formet og posisjonert slik at de sammen definerer en sirkulær vegg på den bakre overflate av membranen 12 delvis mellom dens hals- og munningsender 12, 14. Funksjonen til ørene 30 er å tilveiebringe et middel til å tilpasse/tilkoble diafragmaet til talespoleenheten i en drivtransduser som beskrevet nedenfor.

Det koniske diafragma 10 er utformet ved hjelp av følgende metodologi. Først blir dimensjonene til en passende membran 12 valgt for å oppfylle konstruk-sjonsspesifikasjonen. Deretter blir et eller flere målområder definert på den bakre overflate av membranen 12, via hvilke det vil være gunstig å tilpasse/tilkoble den til svingespolen i drivtransduseren. Valget av målområde kan blant annet være diktert av ønsket om å holde svingespolediameteren så liten som mulig og også ut fra kompatibilitet med standard eller lett tilgjengelige svingespoledimensjoner. Selv om det ikke finnes noen industristandard som i og for seg fastsetter dimensjonene, er det vanlig praksis at svingespolediametre har intervaller på en halv tomme, dvs. 12,7 mm, 25,4 mm, 50,8 mm, 76,2 mm og lignende. Med disse parameterne satt, kan en datamaskinassistert knutepunktanalyse av diafragmaet 10 utføres med forskjellig arrangementer av påførte ribber. Arrangementet av ribber blir justert iterativt inntil knutepunktet for den første vibrasjonsmodus sammenfaller med et målsatt grenseområde. Justeringer i ribbearrangementet kan være av forskjellige former, innbefattende justering av antallet ribber, ribbenes mønster og selve de enkelte ribbers profil. Det kan av fig. 4 sees at ribbene 20 ikke har konstant dybde langs sin lengde, men er grunnere mot ytterkantene. Etter å ha opprettet det arrangement av ribber som er nødvendig for å lokalisere knutepunktet for den første vibrasjonsmodus for diafragmaet 10 på det ønskede sted, blir et dia fragma 10 med denne spesifikasjon med tilkoblingsører posisjonert i dette første modus/grenseflate-område, støpt i ett stykke.

Den stumpkjegleformede membranen 12 av diafragmaet 10 er identisk dimensjonert med det kjente, ikke understøttede/uforsterkede diafragma som er vist i fig. 1(a) Knutepunktanalyse avdekker imidlertid at selv om det ikke under-støttede diafragma i fig. 1(a) har knutepunktet for sin første vibrasjonsmodus ved en posisjon langs membranen, som er 0,879 av sin diameter (ved munningsenden), opptrer knutepunktet for den første vibrasjonsmodus til diafragmaet 10 ved en posisjon langs membranen som er 0,78 av diameteren (ved munningsenden). Arrangementet av ribber 20 som er påført i samsvar med den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen, vil derfor bli forstått som å ha tjent til å forskyve knutepunktet for den første vibrasjonsmodus mot halsenden av membranen, for derved å tillate en mindre diameter på svingespolen som skal brukes. Fig. 6 viser at den simulerte trykkrespons til diafragmaet 10 er en markert forbedring sammenlignet med det ikke-understøttede/uforsterkede diafragma som er vist i fig. 1(a). I tillegg er det, ved knutepunktdrift av diafragmaet 12, frekvensen av den andre vibrasjonsmodus som blir grensen for stiv oppførsel, og denne er betydelig forbedret ved påføringen av ribbene, som vist i tabellen nedenfor.

Ved praktiseringen av foreliggende oppfinnelse, blir det foretrukket at ribbene har en forholdsvis solid struktur som gir en betydelig avstivende effekt, for eksempel er ribbene fortrinnsvis minst 2 mm dype. Ettersom ribbene blir mer solide, kommer de til å dominere diafragmaets vibrasjonsmessige oppførsel. Et slikt arrangement av ribber blir foretrukket siden det i praksis betyr at den vibrasjonsmessige oppførsel av diafragmaet kan avstemmes effektivt ved justering av arrangementet av ribbene alene.

Fig. 7 viser det koniske diafragma 10 som utgjør en del av en sammensatt høyttaler generelt betegnet 50. Det koniske diafragma 10 blir brukt til å sende ut lavfrekvent lydutstråling og tjener også som en bølgeleder for den høyfrekvente stråling som sendes ut av et kuppelformet diafragma 52. Det kuppelformede diafragma 52 sitter like på utsiden av halsenden av diafragmaet 10 bak en fase-plugg 53. Montert som vist presenterer diafragmaene 10, 52 sammenfallende lydkilder for lytteren. Geometrien og arrangementet av det kuppelformede diafragma 52 og det konusformede diafragma 10 ligger innenfor de foretrukne områder som er fastsatt i GB 2 423 908. Fasepluggen 53 er som beskrevet i GB 2 437 126.

Det koniske diafragma 10 er opphengt mellom indre og ytre omgivende pakninger 56, 58 og blir drevet av en transduser 60. Transduseren 60 omfatter et åk 62 som har et hovedparti 62a og et topplateparti 62b, og en magnet 64 anordnet i en magnetkrets som har et gap 65, i hvilket en svingespoleenhet omfattende en svingespole 66 montert på en magnetkjerne, er anordnet. Spolekjernen 68 omfatter en første del 68a som bærer svingespolen 66 og befinner seg hovedsakelig i det magnetiske gap 65, og en annen del 68b som strekker seg derfra for å gi en forbindelse til tilkoblingsørene 38 på diafragmaet 10. Transduseren 60 virker på konvensjonell måte, slik at når en drivstrøm blir tilført spolen 66, vekselvirker spolen 66 og magneten 64 magnetisk og genererer en kraft som for-årsaker bevegelse av spolekjernen 68 og følgelig diafragmaet 10 frem og tilbake langs aksen merket Z i fig. 7.

Et diafragma utformet i samsvar med metodologien beskrevet ovenfor, gir den ytterligere fordel at arrangementet av ribber kan ordnes for å kompensere for andre effekter som stammer fra den praktiske utplassering i en høyttaler, slik som f.eks. vibrasjonseffekten, ved å tilføye en fleksibel pakning på den ytre kant av drivanordningen.

I andre utførelser av oppfinnelsen kan andre avstivningselementer enn ribber benyttes. Andre former som ikke er generelt ribbeformet, f.eks. bikake-formede mønstre som er ekstrudert fra overflaten av konusen, kan brukes. I en utførelse kan en laminert konstruksjon gi den nødvendige avstivning.

Man vil selvsagt forstå at mange variasjoner kan gjøres av den ovenfor beskrevne utførelsesform uten å avvike fra omfanget av foreliggende oppfinnelse.

Claims (16)

1. Høyttaler som omfatter: et akustisk utstrålende diafragma som utgjør en del av en bevegelig diafragmaenhet og som omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran som har en smal halsende og en bred munningsende, avstivningselementer for avstivning av den utstrålende membran og et grenseområde ved hjelp av hvilket diafragmaet er innrettet for å bli drevet; og en transduser som omfatter en svingespole montert for å drive diafragmaet via dets grenseområde; idet grenseområdet er plassert ved et knutepunkt for den første vibrasjons-modusen til den bevegelige diafragmaenhet.

2. Høyttaler ifølge krav 1, og hvor avstivningselementene dominerer diafragmaets vibrasjonsmessige oppførsel.

3. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og hvor posisjonen av den første modus sitt knutegrenseområde gir kompatibilitet med en transduser som har en svingespole med en standard diameter.

4. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og som videre omfatter til— koblingsører plassert ved grenseområdet, ved hjelp av hvilke diafragmaet blir koblet til transduseren.

5. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og hvor transduseren omfatter en spolekjerne på hvilken svingespolen er montert, idet spolekjernen er forbundet med et tilkoblingsøre for å drive diafragmaet.

6. Høyttaler ifølge krav 5, og hvor spolekjernen er sylindrisk.

7. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og hvor avstivningselementene omfatter ribber.

8. Høyttaler ifølge krav 7, og hvor avstivningselementene omfatter langsgående ribber, idet hver langsgående ribbe løper mellom halsenden og munningsenden av den utstrålende membran, og hver langsgående ribbe er tynnere i dybde mot halsenden og/eller munningsenden.

9. Høyttaler ifølge krav 7 eller 8, og hvor avstivningen omfatter en omkretsmessig ribbe ved halsenden og/eller munningsenden.

10. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og som videre omfatter et kuppelformet diafragma montert ved halsenden av membranen, slik at membranen tjener som en bølgeleder for lydutstråling avgitt av det kuppelformede diafragma under bruk.

11. Høyttaler ifølge et av de foregående krav, og hvor den bevegelige diafragmaenhet videre omfatter enten en luftpakning ved halsenden av konusen, eller en luftpakning ved munningsenden av konusen, spolekjernen eller svingespolen.

12. Høyttalerdiafragma for akustisk utstråling og som omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran som har en smal halsende og en bred munningsende, avstivningselementer for avstivning av den utstrålende membran og et grenseområde hvor diafragmaet er innrettet for å bli drevet, og hvor avstivningselementene er anordnet for å plassere et knutepunkt for den første vibrasjonsmodus for diafragmaet ved en posisjon hovedsakelig sammenfallende med grenseområdet.

13. Diafragma ifølge krav 12, og hvor avstivningselementene dominerer diafragmaets vibrasjonsmessige oppførsel.

14. Diafragma ifølge krav 12 eller 13, og hvor posisjonen av det første modus/grenseflateområde gir kompatibilitet med en transduser som har en svingespole med en standard diameter.

15. Diafragma ifølge et av kravene 12 -14, og som videre omfatter tilkoblings-ører ved grenseområdet, ved hjelp av hvilke diafragmaet kan kobles til en transduser.

16. Fremgangsmåte for utforming av et akustisk utstrålende høyttaler-diafragma som omfatter en hovedsakelig stumpkjegleformet membran, ved datamaskinmodellering av forskjellige arrangementer av avstivningselementer påført membranen for å oppnå et knutepunkt for den første vibrasjonsmodus for diafragmaet ved en posisjon hovedsakelig sammenfallende med den ønskede posisjon av et grenseflateområde hvor diafragmaet er ment å bli koblet til en transduser.